液压系统基础知识

E-mail：[e-mail]日期：2009-05-08中国设备管理协会全面生产维护委员会广州大学工业工程与设备工程研究所广州学府设备管理工程顾问有限公司鄢文军液压基础知识点检技能士培训教材系列图1液压千斤顶的工作原理1—杠杆2—小活塞3、6—液压缸4、5—钢球7—大活塞8—重物9—放油阀10—油箱1．1液压装置的原理1．2液压装置的组成1．液压泵2．执行元件3．控制阀4．辅助元件1.3液压传动的优缺点(1)与机械传动相比，有以下主要优点①液压传动的各种元件可根据需要方便、灵活地布置；②重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；③操纵控制方便，可实现大范围无级调速(调速范围达2000:1)；④可自动实现过载保护；⑤一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；⑥很容易实现直线运动：⑦容易实现机器自动化，采用电液联合控制，不仅可实现更高程度的自动控制，且可实现遥控。1．3液压传动的优缺点(2)液压传动的主要缺点①由于液体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。如果处理不当，泄漏不仅污染场地，还可能引起火灾和爆炸事故；②工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作；③液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵；④由于液体介质的泄漏及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动；⑤液压传动出故障时不易找出原因，使用和维护要求有较高技术水平。1.41.4液压传动基本理论液压传动基本理论1.4.1液体静压力定义：静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。静压力在液压传动中简称压力,在物理学中则称为压强。1Pa=1N/m21MPa=106Pa＝10bar。液体静压力有两个重要特性:1．液体静压力垂直于承压面,其方向和该面的内法线方向一致。2．静止液体内任一点所受到的压力在各个方向上都相等。AFp=1.4.1液体静压力基本方程在垂直方向上的力平衡关系表示为：p△A=Po△A+ρgh△Aρgh△A为小液柱的重力，ρ—液体的密度上式化简后得p=p0+ρgh——静压力基本方程•静止液体中任何一点的静压力为作用在液面的压力Po和液体所产生的压力ρgh之和。•液体中的静压力随着深度h而线性增加。•在连通器里，同一液体中只要深度h相同其压力都相等。图1-2离液面h深处的压力1.4.2.绝对压力、表压力及真空度之关系真空度=大气压力-绝对压力1.4.3帕斯卡原理在密封容器内，施加于静止液体上的各点压力将以等值同时传递倒液体各点，容器内压力方向垂直于内表面。12AFAWP==1.4.4连续定理(PrincipleofContinuity)稳流——液体在流动时，通过任一断面其速度、压力和密度不随时间改变的流动。反之速度、压力和密度其中一项随时间而变，就称为非稳流。对稳流而言液体以定常流动通过管内任一截面的液体质量必然相等。流量的单位通常用l/min表示，与m3/s换算式子如下：1m3/s＝6×104l/min2211vAvAAvQ===1.4.5液体流动中的压力和流量的损失1．压力损失产生的原因：由于液体具有粘性，在管路中流动时又不可避免地存在着摩擦力，所以液体在流动过程中必然要损耗一部分地能量。这部分能量地损耗主要表现为压力损失。分类：压力损失有沿程损失和局部损失两种。•沿程损失是当液体在直径不变地直管中流过一段距离时，因摩擦而产生地压力损失。•局部损失是由于管子截面形状突然变化、液流方向改变或其它形式的液流阻力而引起的压力损失。•总压力损失等于沿程损失和局部损失之和。生产实践中也希望压力损失尽可能小。泵的额定压力要略大于系统工作时所需的最大压力,一般可将系统工作所需的最大压力乘以一个1.3～1.5的系数来估算。1.5液压油液压油的用途（1）传递运动与动力：将泵的机械能转换成液体的压力能并传至各处，由于油本身具有粘度，在传送过程中会产生一定的动力损失。（2）润滑：液压元件内各移动部位，都可受到液压油充分润滑，从而减低元件磨耗。（3）密封：油本身的粘性对细小的间隙有密封的作用。（4）冷却：系统损失的能量会变成热，被油带出。1．5．1液压油的种类深度精制矿油加添剂，改善抗氧化、抗泡沫等性能，为汽轮机专用油，可作液压代用油，用于一般液压系统L-TSA汽轮机油浅度精制矿油，抗氧化性、抗泡沫性较差，主要用于机械润滑，可用液压代用油，用于要求不高的低压系统L-HH全损耗系统用油L-HM油加添加剂，改善粘——滑性能，适用于机床中液压和导轨润滑，可作液压合用的系统L-HG液压导轨油L-HL油加添加剂，改善粘温特性，VI值达175以上，适用于对粘温特性有特殊要求的低压系统，如数控机床液压系统L-HR高粘度指数液压油L-HM油加添加剂，改善粘温特性，可用于环境温度在-20℃～40℃的高压系统L-HV低温液压油L-HL油加添剂，改善抗磨性能，适用于工程机械、车辆液压系统L-HM抗磨液压油精制矿油加添加剂，提高抗氧化和防锈性能，适用于室内一般设备的中低压系统L-HL普通液压油矿物油系液压油特性和用途ISO代号名称类型1．5．1液压油的种类合成型难燃，润滑抗磨性能和抗氧化能良好，能在-54～135℃温度范围内使用；缺点是有毒。适用于有抗燃要求的高压精密度液压系统L-HFDR磷酸酯液难燃，粘温特性和抗蚀性好，能在-30～60℃温度下使用，适用于有抗燃要求的中低压系统L-HFC水—乙二醇液既具有矿油型液压油的抗磨、防锈性能，又具有抗燃性，适用于有抗燃要求的中压系统。L-HFB油包水乳化液又称高水基液，特点是难燃、粘温特性好，有一定的防锈能力，润滑性差，易泄漏。适用于有抗燃要求、油液用量大且泄漏严重的系统。L-HFA水包油乳化液乳化型特性和用途ISO代号名称类型1．5．2液压油的性质1．比重：比重越大，泵吸入性越差矿物油系液压油，比重约0.85-0.95w/o形比重约0.92-0.94，o/w型比重约1.05-1.1。。2．闪火点油温升高时，部分的油会蒸发而与空气混合成油气，此油气所能点火的最低温度称为闪火点，如继续加热，则会连续燃烧，此温度称为燃烧点。3．粘度流体流动时，沿其边界面会生一种阻止其运动的流体磨擦作用，称为粘性。对机械效率、磨耗、压力损失、容积效率、漏油及泵的吸入性影响很大。1．5．2液压油的性质——粘性液体流动时相邻液层间的内摩擦力F与液层接触面积A、液层间的速度梯度成正比——动力粘度若以表示内摩擦切应力，即液层间在单位面积上的内摩擦力，则这就是牛顿液体内摩擦定律。在静止液体中，因速度梯度=0，内摩擦力为零，所以液体在静止状态下是不呈粘性的。图7-48液体的粘性dyduAFμ=μdyduAFμτ==τ1．5．3液压油的性质——粘度液体粘性的大小用粘度来表示。动力（绝对）粘度——液体在单位速度梯度下流动时，接触液层间单位面积上的内摩擦力。动力粘度的法定计量单位为（帕•秒，N•s/m2），运动粘度——动力粘度和该液体密度的比值称运动粘度，运动粘度的法定计量单位是m2/s（米2/秒），1m2/s=106mm2/s=106cSt（厘斯）国际标准化组织ISO规定统一采用运动粘度来表示油的粘度等级。我国生产的全损耗系统油和液压油采用40℃时的运动粘度值（mm2/s）为其粘度等级标号，即油的牌号。例如牌号为L-HL32的液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32mm2/s。dudydyduAFτμ==sPa⋅μρμν=油温对粘度的影响•温度上升，粘度降低，造成泄漏、磨损增加、效率降低等问题；•温度下降，粘度增加，造成流动困难及泵动不易等问题；•如运转温度超过60度，就必须加装冷却器，因油温在60度以上，每超过10度，油的劣化速度就会加倍。几种国产液压油的粘度—温度曲线1.5.4.液压油压缩性•液体所受的压力增大时，其分子间的距离减小，内聚力增大，粘度亦随之增大。•当压力在32MPa以下时，压力对粘度的影响不大，可以忽略不计。•但在高压时压缩性便不可忽视了，纯油的可压缩性是钢的100～150倍，它会降低运动的精度，增大压力损失，使油温上升，压力信号传递时，会有时间延迟，响应不良的现象。液压油的选用1、可根据使用场合选用合适的品种2、根据下列因素选油液的粘度：（1）液压系统的工作压力高粘度较高当压力p=7.0～20.0Mpa时，宜选用N46～N100p＜7.0Mpa时宜选用N32～N68的液压油。（2）运动速度较高粘度较低的液压油（3）液压泵的类型1.5.5液压油的污染与保养一、污染的危害：阀芯卡死、油封加速磨耗、液压缸内壁磨损。二、污染三原因：1、污染（1）外部侵入的污物：液压设备在组装时，一些加工时残留的切屑、焊渣、铁锈等杂物混入所造成，只有在组装后立即清洗方可解决。（2）外部生成的不纯物：泵、阀、执行元件、O形环长期使用后，因磨损而生的金属粉未和橡胶碎片，在高温、高压下和液压油发生化学反应所生之胶状污物。2．恶化液压油的恶化速度与含水量、气泡、压力、油温、金属粉末等有关，其中以温度影响最大，故液压设备运转时，须特别注意油温之变化。1.5.5液压油的污染与保养3．泄漏液压设备因配管不良，油封破损是造成泄漏的原因，泄漏发生时空气、水、尘埃便可轻易的侵入油中，故当泄漏发生时，必须立即加以排除。三、保养：（1）用目视法判定油质是否恶化，当油颜色混蚀并有异味时，须立即更换；（2）定期更换（约为5000-20000小时）（3）定期使用过滤器过滤。第二章液压动力元件液压泵是液压系统的动力元件，为系统提供一定的流量和压力。液压泵由电动机带动将液压油从油箱吸上来并以一定的压力输送出去，使执行元件推动负载作功。2．1液压泵的工作原理容积式泵——依靠泵的密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的。容积式泵的流量大小取决于密封工作腔容积变化的大小和次数。若不计泄漏，流量与压力无关。2．1液压泵的工作原理液压泵的分类：•按压力的大小分：低压泵、中压泵和高压泵。•按流量是否可调节分：定量泵和变量泵。•按泵的结构分：齿轮泵、叶片泵和柱塞泵齿轮泵和叶片泵多用于中、低压系统，柱塞泵多用于高压系统。2．2液压泵的主要性能和参数1压力1）工作压力液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。2）额定压力液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。3）最高允许压力在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力，超过此压力，泵的泄漏会迅速增加。2．2液压泵的主要性能和参数2．排量——泵主轴每转一周所排出液体体积的理论值。•泵每转排量固定，则为定量泵；定量泵密封性较好，泄漏小，在高压时效率较高。•泵每转排量可变则为可变量泵。变量泵结构复杂，用于流量可调的复杂系统中。2．2液压泵的主要性能和参数3、流量——泵单位时间内排出的液体体积（L/min）。（1）理论流量Qth：q—泵的排量（L/r）n—泵的转速（r/min）（2）实际流量Qac：ΔQ—泵运转时油会从高压区泄漏到低压区，是泵的泄漏损失。qnQth=QQQthacΔ−=2．2液压泵的主要性能和参数thacVQQ=ηMacvmPP==ηηη.acthmTT=η)(612kwpQPacac=容积效率：机械效率：泵的总效率、功率:2.3液压泵结构--齿轮泵齿轮泵——结构简单、价格便宜、广泛使用，是定量泵。1．外啮合齿轮泵啮合点处的齿面接触线一直起着分隔离高、低压腔的作用。2.3液压泵结构--齿轮泵泄漏：（1）齿顶与齿轮壳内壁的间隙；（2）齿端面与侧板之间的间隙，挠度随压力增大，不适合用作高压泵。防漏措施：(1)固定侧板式齿轮泵，其最高压力长期均为7-10MPa;(2)可动侧板式齿轮泵，在高压时侧板被往内推，以减少高压时之内漏，其最高压力可达14-17MPa。2.3.1液压泵结构--齿轮泵困油现象——一部分的液压油被封闭在齿间的现象。因液压油不可压缩将使外接齿轮泵产生极大的震动和噪音，故必须在侧板上开设卸荷槽，以防止其发生。2.内啮合齿轮泵特点：内外齿轮转向相同